单缝衍射(光强分布及测量)试题与答案
光的衍射习题(附答案)1
光的衍射（附答案）一．填空题1.波长λ=500nm（1nm=109m）的单色光垂直照射到宽度a=0.25mm的单缝上，单缝后面放置一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕，用以观测衍射条纹．今测得屏幕上中央明条纹之间的距离为d=12mm，则凸透镜的焦距f为3m．2.在单缝夫琅禾费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小，若钠黄光（λ1≈589nm）中央明纹宽度为4.0mm，则λ2≈442nm（1nm=109m）的蓝紫色光的中央明纹宽度为3.0mm．3.8mm，则4.时，衍射光谱中第±4,±8,…5.6.f7.8.9.λ210.X11.λ1的第一级衍射极小与λ2的第二级衍射极小相重合，试问：(1)这两种波长之间有何关系？(2)在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其它极小相重合？解：(1)由单缝衍射暗纹公式得a sinθ1=1λ1a sinθ2=2λ2=θ2,sinθ1=sinθ2由题意可知θ1代入上式可得λ1=2λ2(2)a sinθ1=k1λ1=2k1λ2(k1=1,2,…)sinθ1=2k1λ2/aa sinθ2=k2λ2(k2=1,2,…)sinθ2=2k2λ2/a=2k1，则θ1=θ2，即λ1的任一k1级极小都有λ2的2k1级极小与之重合．若k212.在单缝的夫琅禾费衍射中，缝宽a=0.100mm，平行光垂直如射在单缝上，波长λ=500nm，会聚透镜的焦距f=1.00m．求中央亮纹旁的第一个亮纹的宽度Δx．解：单缝衍射第1个暗纹条件和位置坐标x1为a sinθ1=λ13.9m）．已(1)(2)所以x1=fλ1/ax2=fλ2/a则两个第一级明纹之间距为Δx=x2?x1=fΔλ/a=0.27cm1(2)由光栅衍射主极大的公式d sinφ1=kλ1=1λ1d sinφ2=kλ2=1λ2且有sinφ=tanφ=x/f=x2?x1=fΔλ/a=1.8cm所以Δx114.一双缝缝距d=0.40mm，两缝宽度都是a=0.080mm，用波长为λ=480nm（1nm=109m）的平行光垂直照射双缝，在双缝后放一焦距f=2.0m的透镜．求：(1)在透镜焦平面的屏上，双缝干涉条纹的间距l；(2)在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉数目N和相应的级数．解：双缝干涉条纹15.(1)(2)λ'=510.3nm(2)a+b=3λ/sinφ=2041.4nmφ'=arcsin(2×400/2041.4)nm(λ=400nm)2φ''=arcsin(2×760/2041.4)nm(λ=760nm)2''?φ2'=25°白光第二级光谱的张角Δφ=φ216.一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光栅有两种波长的光，λ1=440nm，λ2=660nm．实验发现，两种波长的谱线（不计中央明纹）第二次重合于衍射角φ=60°的方向上，求此光栅的光栅常数d．解：由光栅衍射主极大公式得d sinφ=kλ11d sinφ2=kλ2===当两谱线重合时有φ1=φ2即====两谱线第二次重合即是=，k1=6，k2=4由光栅公式可知d sin60°=6λ1∴d==3.05×103mm17.将一束波长λ=589nm（1nm=109m）的平行钠光垂直入射在1厘米内有5000条刻痕的平面衍射(1)(2)18.30°，且第三级是缺级．(1)光栅常数(a+b)等于多少？(2)透光缝可能的最小宽度a等于多少？(3)在选定了上述(a+b)和a之后，求在衍射角–<φ<范围内可能观察到的全部主极大的级次．解：(1)由光栅衍射的主极大公式得a+b==2.4×104cm(2)若第三级不缺级，则由光栅公式得(a+b)sinφ'=3λ由于第三级缺级，则对应于最小可能的a，φ'方向应是单缝衍射第一级暗纹：两式比较，得a sinφ'=λa==8.0×103cm(3)(a+b)sinφ=kλ（主极大）a sinφ=k'λ（单缝衍射极小）(k'=1,2,3,…)因此k=3,6,9,…缺级；又∵k max==4，∴实际呈现出的是k=0,±1,±2级明纹（k=±4在π/2处不可见）．19.在通常亮度下，人眼瞳孔直径约为，若视觉感受最灵敏的光波长为λ=480nm（1nm=109m），试问：(1)人眼最小分辨角是多大？(2)在教室的黑板上，画的等号两横线相距2mm，坐在距黑板10m处的同学能否看清？（要有计算过程）20.θ的两条谱λ2当k'=2时，a=d=×2.4μm=1.6μm21.某单色X射线以30°角掠射晶体表面时，在反射方向出现第一级极大；而另一单色X射线，波长为0.097nm，它在与晶体表面掠射角为60°时，出现第三级极大．试求第一束X射线的波长．解：设晶面间距为d，第一束X射线波长为λ1，掠射角θ1=30°，级次k1=1；另一束射线波长为λ2=0.097nm，掠射角θ2=60°，级次k2=3．根据布拉格公式：第一束2d sinθ1=k1λ1第二束2d sinθ2=k2λ2两式相除得λ==0.168nm．1。
浙江省大学物理试题库413-夫琅禾费单缝衍射
浙江工商大学 学校 413 条目的4类题型式样及交稿式样1. 选择题 题号： 分值：3分难度系数等级：1在单缝夫琅禾费衍射实验中，波长为的单色光垂直入射在宽度为a ＝4的单缝上，对应于衍射角为30°的方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为 (A) 2 个。
(B) 4 个。
(C) 6 个。
(D) 8 个。
[ ]答案：（B ）题号： 分值：3分难度系数等级：1一束波长为的平行单色光垂直入射到一单缝AB 上，装置如图．在屏幕D 上形成衍射图样，如果P 是中央亮纹一侧第一个暗纹所在的位置，则BC 的长度为 (A)． (B) ． (C) 3/ 2 ． (D) 2 ．[ ]答案：（B ）题号： 分值：3分难度系数等级：2在如图所示的单缝夫琅禾费衍射实验中，若将单缝沿透镜光轴方向向透镜平移，则屏幕上的衍射条纹(A) 间距变大。
(B) 间距变小。
(C) 不发生变化。
(D) 间距不变，但明暗条纹的位置交替变化。
［ ］答案：（C ）题号： 分值：3分C屏fD LABλ屏幕fL单缝λ难度系数等级：2在夫琅禾费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹(A) 对应的衍射角变小。
(B) 对应的衍射角变大。
(C) 对应的衍射角也不变。
(D) 光强也不变。
［］答案：（B）题号：分值：3分难度系数等级：4一单色平行光束垂直照射在宽度为 mm的单缝上，在缝后放一焦距为 m的会聚透镜．已知位于透镜焦平面处的屏幕上的中央明条纹宽度为 mm，则入射光波长约为 (1nm=10−9m)(A) 100 nm (B) 400 nm(C) 500 nm (D) 600 nm［］答案：（C）题号：分值：3分难度系数等级：2在单缝夫琅禾费衍射实验中，若增大缝宽，其他条件不变，则中央明条纹(A) 宽度变小。
(B) 宽度变大。
(C) 宽度不变，且中心强度也不变。
(D) 宽度不变，但中心强度增大。
11-07单缝衍射
11 – 7 单缝衍射
（3）条纹宽度（相邻条纹间距）
第十一章 光学
2 b sin (2k 1) 2
b sin 2k
k 干涉相消（暗纹）
干涉加强（明纹） 除了中央明纹外的其 它明纹、暗纹的宽度
l k 1 f k f
f
b
（4）单缝衍射的动态变化 单缝上下移动，根据透镜成像原理衍射图不变 .
o
2
B
/2
11 – 7 单缝衍射
第十一章 光学
单缝上波面AB 恰好能分成偶数个半波带，则在屏 上对应处将呈现为暗条纹的中心。
k=3
R
A
b
B
缝长
A
A1 A2
C
L
P
Q
o
/2
B
b sin (2k 1)
2
单缝上波面AB 恰好能分成奇数个半波带，则在屏 上对应处将呈现为明条纹的中心。
11 – 7 单缝衍射
第十一章 光学
如将单缝位置作上下小距离移动，屏上衍射 条纹不变.
例2 如图，一雷达位于路边 15m 处，它的射束与 公路成15 角. 假如发射天线的输出口宽度 b 0.10 m， 发射的微波波长是18mm ，则在它监视范围内的公路长 度大约是多少？
d 15 m
15
b
B
11 – 7 单缝衍射
第十一章 光学
例1 一单缝，宽为b=0.1 mm，缝后放有一 焦距为50 cm的会聚透镜，用波长=546.1 nm的 平行光垂直照射单缝，试求位于透镜焦平面处 的屏幕上中央明纹的宽度和中央明纹两侧任意 两相邻暗纹中心之间的距离．如将单缝位置作 上下小距离移动，屏上衍射条纹有何变化？ 2 f 5.46 mm 解 中央明纹宽度 x0 b 其它明纹宽度 f x 2.73 mm b
光的衍射习题(附答案)
光的衍射（附答案）一．填空题1.波长λ = 500 nm（1 nm = 109 m）的单色光垂直照射到宽度a = mm的单缝上，单缝后面放置一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕，用以观测衍射条纹．今测得屏幕上中央明条纹之间的距离为d = 12 mm，则凸透镜的焦距f 为3 m．2.在单缝夫琅禾费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小，若钠黄光（λ1 ≈589 nm）中央明纹宽度为mm，则λ2 ≈ 442 nm（1 nm = 109 m）的蓝紫色光的中央明纹宽度为mm．3.平行单色光垂直入射在缝宽为a = mm的单缝上，缝后有焦距为f = 400 mm的凸透镜，在其焦平面上放置观察屏幕．现测得屏幕上中央明纹两侧的两个第三级暗纹之间的距离为8 mm，则入射光的波长为500 nm（或5×104mm）．4.当一衍射光栅的不透光部分的宽度b与透光缝宽度a满足关系b = 3a 时，衍射光谱中第±4, ±8, …级谱线缺级．5.一毫米内有500条刻痕的平面透射光栅，用平行钠光束与光栅平面法线成30°角入射，在屏幕上最多能看到第5级光谱．6.用波长为λ的单色平行红光垂直照射在光栅常数d = 2 μm（1 μm = 106 m）的光栅上，用焦距f= m的透镜将光聚在屏上，测得第一级谱线与透镜主焦点的距离l = m，则可知该入射的红光波长λ=或633nm．7.一会聚透镜，直径为3 cm，焦距为20 cm．照射光波长550nm．为了可以分辨，两个远处的点状物体对透镜中心的张角必须不小于×105rad．这时在透镜焦平面上两个衍射图样中心间的距离不小于μm．8.钠黄光双线的两个波长分别是nm和nm（1 nm = 109 m），若平面衍射光栅能够在第二级光谱中分辨这两条谱线，光栅的缝数至少是500．9.用平行的白光垂直入射在平面透射光栅上，波长为λ1 = 440 nm的第3级光谱线将与波长为λ2 =660 nm的第2级光谱线重叠（1 nm = 109 m）．10.X射线入射到晶格常数为d的晶体中，可能发生布拉格衍射的最大波长为2d．二．计算题11.在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两种波长λ1和λ2，垂直入射于单缝上．假如λ1的第一级衍射极小与λ2的第二级衍射极小相重合，试问：(1) 这两种波长之间有何关系(2) 在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其它极小相重合解：(1) 由单缝衍射暗纹公式得a sinθ1= 1 λ1 a sinθ2= 2 λ2由题意可知θ1= θ2, sinθ1= sinθ2代入上式可得λ1 = 2 λ2(2) a sinθ1= k1λ1=2 k1λ2(k1=1, 2, …)sinθ1= 2 k1λ2/ aa sinθ2= k2λ2(k2=1, 2, …)sinθ2= 2 k2λ2/ a若k2= 2 k1，则θ1= θ2，即λ1的任一k1级极小都有λ2的2 k1级极小与之重合．12.在单缝的夫琅禾费衍射中，缝宽a = mm，平行光垂直如射在单缝上，波长λ= 500 nm，会聚透镜的焦距f= m．求中央亮纹旁的第一个亮纹的宽度Δx．解：单缝衍射第1个暗纹条件和位置坐标x1为a sinθ1= λx1 = f tanθ1≈ f sinθ1≈ f λ / a (∵θ1很小)单缝衍射第2个暗纹条件和位置坐标x2为a sinθ2 = 2 λx2 = f tanθ2≈ f sinθ2≈ 2 f λ / a (∵θ2很小)单缝衍射中央亮纹旁第一个亮纹的宽度Δx1 = x2x1≈ f (2 λ / a λ / a)= f λ / a=××107/×104) m=．13.在单缝夫琅禾费衍射中，垂直入射的光有两种波长，λ1 = 400 nm，λ2 = 760nm（1 nm = 109 m）．已知单缝宽度a = ×102 cm，透镜焦距f = 50 cm．(1)求两种光第一级衍射明纹中心间的距离．(2)若用光栅常数a= ×10-3cm的光栅替换单缝，其它条件和上一问相同，求两种光第一级主极大之间的距离．解：(1) 由单缝衍射明纹公式可知a sinφ1= 12(2 k + 1)λ1 =12λ1（取k = 1）a sinφ2= 12(2 k + 1)λ2=32λ2tanφ1= x1/ f，tanφ2= x1/ f由于sinφ1≈ tanφ1，sinφ2≈ tanφ2所以x1= 32f λ1 /ax2= 32f λ2 /a则两个第一级明纹之间距为Δx1= x2x1= 32f Δλ/a = cm(2) 由光栅衍射主极大的公式d sinφ1= k λ1 = 1λ1d sinφ2= k λ2 = 1λ2且有sinφ = tanφ = x / f所以Δx1= x2x1 = fΔλ/a = cm14.一双缝缝距d = mm，两缝宽度都是a = mm，用波长为λ = 480 nm（1 nm =109 m）的平行光垂直照射双缝，在双缝后放一焦距f= m的透镜．求：(1) 在透镜焦平面的屏上，双缝干涉条纹的间距l；(2) 在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉数目N和相应的级数．解：双缝干涉条纹(1) 第k级亮纹条件：d sinθ = kλ第k级亮条纹位置：x1= f tanθ1≈ f sinθ1≈ k f λ / d相邻两亮纹的间距：Δx= x k +1x k = (k + 1) fλ / d k λ / d= f λ / d = ×103 m = mm(2) 单缝衍射第一暗纹：a sinθ1= λ单缝衍射中央亮纹半宽度：Δx= f tanθ1≈ f sinθ1≈ k f λ / d = 12 mm Δx0/ Δx = 5∴双缝干涉第±5级主极大缺级．∴在单缝衍射中央亮纹范围内，双缝干涉亮纹数目N = 9分别为k = 0, ±1, ±2, ±3, ±4级亮纹或根据d /a= 5指出双缝干涉缺第±5 级主极大，同样可得出结论。
实验2.10 单缝衍射相对光强分布
1． 使用光功率计应注意那些问题？光功率计进光狭缝的宽度对实验结果有何影响？ 2． 证明本实验能满足夫琅和费衍射条件。 3． 圆孔衍射实验中是否能采用光探头测量衍射光斑的光强分布？
基础物理实验《II》课程讲义
实验 2.10 单缝衍射相对光强分布
2．满足夫琅和费衍射的条件
实验中，如果采用激光作为光源，则不用图 23 中的透镜 L1 和 L2 也可获得夫琅和费衍 射图样。（1）因激光束的发射角很小（ d ≈ 1 mrad），单缝的宽度 a 也很小，所以用激光束
直接照射狭缝，可认为是平行光入射，可撤去透镜 L1。（2）只要接收屏（白屏）与狭缝的 距离满足 a2 / 8Zλ << 1，即可撤去透镜 L2，直接在屏上观察到夫琅和费衍射条纹。
基础物理实验《II》课程讲义
实验 2.10 单缝衍射相对光强分布
单缝夫琅和费衍射如图 23 所示。光源 S 置于透镜 L1 的焦面上，出射后变成平行光束 垂直射到宽度为 a 的狭缝 D 上。根据惠更斯－菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波 源，由这些点向各方发出球面次波，这些次波在透镜 L2 的后焦面上叠加形成一组明暗相间 的条纹。按惠更斯－菲涅尔原理，可以导出屏上任一点 Pθ 处的光强为：
基础物理实验《II》课程讲义
实验 2.10 单缝衍射相对光强分布
（5）记录光学元器件的位置 3. 用数码相机测量干涉条纹的相对光强分布（选做） 用数码相机或 CCD 照相机拍摄单缝衍射条纹，用计算机处理得到条纹的相对光强分布， 并与用光探头测量的结果和理论结果进行对比。要求学生自己采用 Photoshop 或用 MathLab 软件编程，根据拍摄图片的灰度获得相对光强分布的数值。 4．检测光功率计的读数与入射光强的线性关系 （1）光源采用可调光的白光源（溴钨灯），将光源出光口的毛玻璃盖拨至不挡住光源 的位置，暴露出溴钨灯的灯泡。溴钨灯发光点较小，可看成是点光源。 （2）光探头初始位置离溴钨灯出光口的距离不小于 20cm，在垂直光路的平面上微调 光探头的位置使光功率计读数最大。再调节光源亮度，使光功率计读数不小于实验内容 1 主极大的读数。 （3）保持光源亮度不变，逐渐增大光探头与光源的距离 Z，直至探头尽可能靠近观察 屏。每隔 5cm 测一次光强 P。每个位置读数前都必需在 X 和 Y 方向上微调光探头位置， 使光功率读数最大。 [ 数据处理与分析 ] 1． 画出激光单缝衍射相对光强分布曲线。 2． 计算各次极大光强与主极大光强的比值，与理论值比较，并讨论有差异的原因。 3． 画出白光光强 P 与距离平方的倒数（1/Z2）的关系曲线，讨论光探头是否工作在线
《大学物理学》光的衍射练习题(马解答)
《大学物理学》光的衍射自主学习材料（解答）一、选择题：11-4．在单缝夫琅和费衍射中，波长为λ的单色光垂直入射在宽度为3λ的单缝上，对应于衍射角30°方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为（ B ）(A ) 2个； (B ) 3个； (C ) 4个； (D ) 6个。
【提示：根据公式sin /2b k θλ=，可判断k =3】2．在单缝衍射实验中，缝宽b =0.2mm ，透镜焦距f =0.4m ，入射光波长λ=500nm ，则在距离中央亮纹中心位置2mm 处是亮纹还是暗纹？从这个位置看上去可以把波阵面分为几个半波带？（ D ）(A) 亮纹，3个半波带； (B) 亮纹，4个半波带；(C) 暗纹，3个半波带； (D) 暗纹，4个半波带。
【提示：根据公式sin /2b k θλ=⇒2x b k f λ=，可判断k =4，偶数，暗纹】 3．在夫琅和费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变宽，同时使单缝沿垂直于透镜光轴稍微向上平移时，则屏上中央亮纹将： （ C ）(A)变窄，同时向上移动； (B) 变宽，不移动；(C)变窄，不移动； (D) 变宽，同时向上移动。
【缝宽度变宽，衍射效果减弱；单缝位置上下偏移，衍射图样不变化】4．在夫琅和费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹 （ B ）(A) 对应的衍射角变小； (B) 对应的衍射角变大；(C) 对应的衍射角也不变； (D) 光强也不变。
【见上题提示】5．在如图所示的夫琅和费单缝衍射实验装置中，S 为单缝，L 为凸透镜，C 为放在的焦平面处的屏。
当把单缝垂直于凸透镜光轴稍微向上平移时，屏幕上的衍射图样 （ C ）(A) 向上平移； (B) 向下平移；(C) 不动；(D) 条纹间距变大。
【单缝位置上下偏移，衍射图样不变化】 6．波长为500nm 的单色光垂直入射到宽为0.25 mm 的单缝上，单缝后面放置一凸透镜，凸透镜的焦平面上放置一光屏，用以观测衍射条纹，今测得中央明条纹一侧第三个暗条纹与另一侧第三个暗条纹之间的距离为12mm ，则凸透镜的焦距f 为： （ B ）(A) 2m ； (B) 1m ； (C) 0.5m ； (D) 0.2m 。
单缝衍射
实验 单缝衍射光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强不均匀的分布的现象叫作光的衍射，光的衍射理论证实了光的波动性。
衍射理论已经发展得较为完善，随着科学技术的进步，特别是激光的问世，衍射理论已经广泛地应用在如激光测径、物质微细结构分析等科学研究的许多方面。
因此，当代科学工作者应切实掌握好衍射的基本理论。
CCD 单缝衍射仪是以CCD 光强分布测量仪为核心，配上激光器、减光器、组合光栅、显示器等设备组成的，可以用来研究单缝衍射、双缝衍射、双缝干涉、多缝干涉等的新一代光学设备，它可以直观地在屏幕上显示二维的光强分布曲线，方便地测出相对光强、衍射角和条纹宽度，进而可以精密测量出狭缝宽度，单丝直径、光源波长等微小量，为微量的测量提供了新的手段。
本实验通过CCD 单缝衍射仪让实验者了解夫琅和费衍射的基本规律，掌握测量单缝衍射中的基本参量的方法。
实验目的1、观察单缝的夫琅和费衍射的现象，了解其特征和规律。
2、了解CCD 单缝衍射仪的使用方法。
3、掌握测量相对光强、衍射角、缝宽的方法。
实验原理根据光源和考察点到障碍物距离的不同情况，把衍射现象分为两大类：菲涅尔衍射（近场衍射）和夫琅和费衍射（远场衍射）。
夫琅和费衍射研究的是光源和观察屏到狭缝的距离都是无限远的情况，又称平行光衍射，本实验应用激光器及CCD 单缝衍射仪即可归结为这种类型。
夫琅和费衍射原理图如图 1所示，根据惠更斯－菲涅尔原理，狭缝上每一点都可以看成是发射次波的新波源，以后的波阵面都是这些新的次波相干叠加的结果。
由衍射的条件，这些次波经透镜2L 后，在其后焦面上叠加，形成平行于狭缝的明暗相间的衍射条纹，中央的条纹既宽又亮。
设中央条纹的光强为0I ，经计算后，与中央成θ角处的光强θI 为：220sin u uI I =θ，λθπsin a u = （ １）图4.8—1其中a 为狭缝宽度，λ为入射光波长，θ是衍射角。
由式（ 1）可知：1、当θ=0时，u =0，这时光强最大，称为中央主最大。
单缝衍射光强分布的测定
单缝衍射光强分布的测定光的衍射现象是光的波动性又一重要特征。
单缝衍射是衍射现象中最简单的也是最典型的例子。
在近代光学技术中，如光谱分析、晶体分析、光信息处理等到领域，光的衍射已成为一种重要的研究手段和方法。
所以，研究衍射现象及其规律，在理论和实践上都有重要意义。
实验目的1. 观察单缝衍射现象及特点。
2. 测定单缝衍射时的相对光强分布3. 应用单缝衍射的光强分布规律计算缝的宽度α。
实验仪器光具导轨座，He-Ne 激光管及电源，二维调节架，光强分布测定仪，可调狭缝，狭缝A 、B 。
扩束镜与起偏听偏器，分划板，光电探头，小孔屏，数字式检流计（全套）等。
实验原理光在传播过程中遇到障碍时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。
光的衍射分为夫琅和费衍射与菲涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。
本实验只研究夫琅和费衍射。
理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。
单缝的夫琅和费衍射如图二 所示。
当处于夫琅和费衍射区域，式中α是狭缝宽度，L 是狭缝与屏之间的距离，λ是入射光的波长。
实验时，若取α≤10-4m, L ≥1.00m ，入射光是He-Ne激光，其波长是632.8nm,就可满足上述条件。
所以，实验时就可以采用如图一装置。
λ<<L82α如图二 单缝衍射的光路图1、导轨2、激光电源3、激光器4、单缝或双缝二维调节架5、小孔屏6、一维光强测量装置7、WJF 型数字式检流计根据惠更斯-菲涅耳原理，可导出单缝衍射的光强分布规律为当衍射角ϕ等于或趋于零时，即ϕ=0（或ϕ→0），按式，有故I=I 0，衍射花样中心点P 0的光强达到最大值（亮条纹），称为主极大。
当衍射角ϕ满足时，ｕ=k π 则I=0，对应点的光强为极小（暗条纹）， k 称为极小值级次。
若用X k 表示光强极小值点到中心点P 0的距离，因衍射角ψ甚小，则故X k =L ϕ=k λL/α,当λ、L 固定时，X k 与α成反比。
缝宽α变大，衍射条纹变密；缝宽α变小，衍射条纹变疏。
(完整版)光的衍射习题(附答案)
光的衍射（附答案）一．填空题1.波长λ= 500 nm（1 nm = 10−9 m）的单色光垂直照射到宽度a = 0.25 mm的单缝上，单缝后面放置一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕，用以观测衍射条纹．今测得屏幕上中央明条纹之间的距离为d = 12 mm，则凸透镜的焦距f为3 m．2.在单缝夫琅禾费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小，若钠黄光（λ1 ≈589 nm）中央明纹宽度为4.0 mm，则λ2 ≈ 442 nm（1 nm = 10−9 m）的蓝紫色光的中央明纹宽度为3.0 mm．3.平行单色光垂直入射在缝宽为a = 0.15 mm的单缝上，缝后有焦距为f = 400mm的凸透镜，在其焦平面上放置观察屏幕．现测得屏幕上中央明纹两侧的两个第三级暗纹之间的距离为8 mm，则入射光的波长为500 nm（或5×10−4mm）．4.当一衍射光栅的不透光部分的宽度b与透光缝宽度a满足关系b = 3a 时，衍射光谱中第±4, ±8, …级谱线缺级．5.一毫米内有500条刻痕的平面透射光栅，用平行钠光束与光栅平面法线成30°角入射，在屏幕上最多能看到第5级光谱．6.用波长为λ的单色平行红光垂直照射在光栅常数d = 2 μm（1 μm = 10−6 m）的光栅上，用焦距f= 0.500 m的透镜将光聚在屏上，测得第一级谱线与透镜主焦点的距离l= 0.1667 m，则可知该入射的红光波长λ=632.6或633nm．7.一会聚透镜，直径为3 cm，焦距为20 cm．照射光波长550nm．为了可以分辨，两个远处的点状物体对透镜中心的张角必须不小于2.24×10−5rad．这时在透镜焦平面上两个衍射图样中心间的距离不小于4.47μm．8.钠黄光双线的两个波长分别是589.00 nm和589.59 nm（1 nm = 10−9 m），若平面衍射光栅能够在第二级光谱中分辨这两条谱线，光栅的缝数至少是500．9.用平行的白光垂直入射在平面透射光栅上，波长为λ1 = 440 nm的第3级光谱线将与波长为λ2 =660 nm的第2级光谱线重叠（1 nm = 10−9 m）．10.X射线入射到晶格常数为d的晶体中，可能发生布拉格衍射的最大波长为2d．二．计算题11.在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两种波长λ1和λ2，垂直入射于单缝上．假如λ1的第一级衍射极小与λ2的第二级衍射极小相重合，试问：(1) 这两种波长之间有何关系？(2) 在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其它极小相重合？解：(1) 由单缝衍射暗纹公式得a sinθ1= 1 λ1a sinθ2= 2 λ2由题意可知θ1 = θ2, sinθ1= sinθ2代入上式可得λ1 = 2 λ2(2) a sinθ1= k1λ1=2 k1λ2(k1=1, 2, …)sinθ1= 2 k1λ2/ aa sinθ2= k2λ2(k2=1, 2, …)sinθ2= 2 k2λ2/ a若k2= 2 k1，则θ1= θ2，即λ1的任一k1级极小都有λ2的2 k1级极小与之重合．12.在单缝的夫琅禾费衍射中，缝宽a = 0.100 mm，平行光垂直如射在单缝上，波长λ= 500 nm，会聚透镜的焦距f = 1.00 m．求中央亮纹旁的第一个亮纹的宽度Δx．解：单缝衍射第1个暗纹条件和位置坐标x1为a sinθ1= λx 1 = f tanθ1≈f sinθ1≈f λ/ a (∵θ1很小)单缝衍射第2个暗纹条件和位置坐标x2为a sinθ2 = 2 λx 2 = f tanθ2≈f sinθ2≈ 2 f λ/ a (∵θ2很小)单缝衍射中央亮纹旁第一个亮纹的宽度Δx1= x2− x1≈f (2 λ/ a −λ/ a)= f λ/ a=1.00×5.00×10−7/(1.00×10−4) m=5.00mm．13.在单缝夫琅禾费衍射中，垂直入射的光有两种波长，λ1 = 400 nm，λ2 = 760nm（1 nm = 10−9 m）．已知单缝宽度a = 1.0×10−2 cm，透镜焦距f = 50 cm．(1)求两种光第一级衍射明纹中心间的距离．(2)若用光栅常数a= 1.0×10-3cm的光栅替换单缝，其它条件和上一问相同，求两种光第一级主极大之间的距离．解：(1) 由单缝衍射明纹公式可知a sinφ1=12(2 k + 1)λ1=12λ1（取k = 1）a sinφ2=12(2 k + 1)λ2=32λ2tanφ1= x1/ f，tanφ2= x1/ f由于 sin φ1 ≈ tan φ1，sin φ2 ≈ tan φ2 所以 x 1 = 32 f λ1 / ax 2 = 32f λ2 / a则两个第一级明纹之间距为Δx 1 = x 2 − x 1 = 32f Δλ / a = 0.27 cm(2) 由光栅衍射主极大的公式d sin φ1 = k λ1 = 1 λ1 d sin φ2 = k λ2 = 1 λ2且有sin φ = tan φ = x / f所以Δx 1 = x 2 − x 1 = f Δλ / a = 1.8 cm14. 一双缝缝距d = 0.40 mm ，两缝宽度都是a = 0.080 mm ，用波长为λ = 480 nm （1 nm = 10−9 m ）的平行光垂直照射双缝，在双缝后放一焦距f = 2.0 m 的透镜．求：(1) 在透镜焦平面的屏上，双缝干涉条纹的间距l ；(2) 在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉数目N 和相应的级数． 解：双缝干涉条纹(1) 第k 级亮纹条件：d sin θ = k λ第k 级亮条纹位置：x 1 = f tan θ1 ≈ f sin θ1 ≈ k f λ / d 相邻两亮纹的间距：Δx = x k +1 − x k = (k + 1) f λ / d − k λ / d = f λ / d = 2.4×10−3m = 2.4 mm(2) 单缝衍射第一暗纹：a sin θ1 = λ单缝衍射中央亮纹半宽度：Δx 0 = f tan θ1 ≈ f sin θ1 ≈ k f λ / d = 12 mm Δx 0 / Δx = 5∴ 双缝干涉第 ±5级主极大缺级．∴ 在单缝衍射中央亮纹范围内，双缝干涉亮纹数目N = 9 分别为k = 0, ±1, ±2, ±3, ±4级亮纹或根据d / a = 5指出双缝干涉缺第 ±5 级主极大，同样可得出结论。
大学物理 光的衍射 试题(附答案)
所以在单缝衍射中央明纹区有 k = 0 , ± 1 , ± 2 ，共 5 条谱线。
三、计算题 1. 在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两种波长 λ1 和 λ2 ，并垂直入射于单缝上。
假如 λ1 的第一级衍射极小与 λ 2 的第二级衍射极小相重合，试问： (1) 这两种波长之间有何关系？
he .c
即 k = 0, ± 1, ± 2 ，共 5 个光栅衍射主极大。
ww
w. z
hi
na
nc
he .c
⎛d⎞ − 1 = 2 × 3 − 1 = 5 条主极大 ⎟ ⎝ a ⎠ 取整
om
d = 2.5 进成整数取为 3 a
式中 λ1 = 400 nm , λ2 = 760 nm 。若 λ1 的第 k +1 级谱线落入第 k 级光谱内， 即
(k + 1)λ1 < kλ2
d d
k ≤
，则发生重叠，所以，不发生重叠的条件是 (k + 1)λ1 ≥ kλ2
解出
λ1 400 = = 1. 11 λ2 − λ1 760 − 400
w. z
3. 在如图所示的单缝夫琅和费衍射实验中， 若将单缝 沿透镜光轴方向向透镜平移，则屏幕上的衍射条纹 [ C ] (A) 间距变大。 (B) 间距变小。 (C) 不发生变化。 (D) 间距不变，但明暗条纹的位置交替变化。 解： 单缝沿光轴方向平移， 各条光线间的光程差不变， 屏上衍射条纹不发生任何变化。
nc
1 3 5
二、填空题 1. 平行单色光垂直入射于单缝上，观察夫琅和费衍射。若屏上 P 点处为第二级暗纹，则 单缝处波面相应地可划分为 4 个半波带。若将单缝宽度缩小一半，P 点将 是 第一 级 暗 纹。 解：由单缝衍射暗纹公式 a sinϕ
大学物理实验实验25 光强分布的测定
实验目的
① 观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。
② 会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。
③ 学会用衍射法测量。
实验仪器
1 2 4 5
6
3
7
1—半导体激光器，2—可调宽狭缝，3—光导轨，4—小孔屏， 5—光电探头，6—一维光强测量装置，7—数字检流计。
实验原理
1．单缝衍射的光强分布 当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、 细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射 现象。如果障碍物的尺寸与波长相近，则衍射现象很容易观察 到。
实验内容与步骤
1．观察单缝衍射的光强分布
2．测量衍射条纹的相对强度分布
3．测量单缝的宽度（=635.0nm）
注意事项
① 实验中应避免硅光电池疲劳；避免强光直接照射加速老化。 ② 避免环境附加光强，实验应处于暗环境操作，否则应对数 据做修正。 ③ 测量时，应根据光强分布范围不同，选取不同的测量量程。
衍射现象是一切波所共有的特性，日常生活中声波、水波 、无线电波的衍射随时随地发生，易为人觉察，而光的衍 射却很难觉察，这是因为光的波长极短而普通光源又是非 相干光源。光的衍射现象是光的波动性的一种表现。衍射 现象的存在，深刻说明了光子的运动是受测不准关系制约 的，因此研究光的衍射，不仅有助于加深对光的本性的理 解，也是近代光学技术（如光谱分析、晶体分析、全息分 析、光学信息处理等）的实验基础。衍射导致光强在空间 的重新分布，利用光电传感器元件探测光强的相对变化， 是近代技术中常用的光强测量方法之一。
光强分布的测定
物理实验教学中心
实验背景
早在17世纪，意大利的F.M.格里马第就发现点光源照射物体时， 有时在该物体的影子边缘会出现彩带。格里马第称这种现象为 “衍射”。后来，英国科学家R.胡克也观察到类似的现象，但他们 都未能对衍射现象作出正确的解释。1818年，菲涅耳提出了今天 被称为惠更斯-菲涅耳原理的新理论，并创造了菲涅耳半波带法来 定量计算物体的衍射光强分布，菲涅耳的所有计算都与实验结果 相符。菲涅耳所做的衍射实验，其光源和观察屏距离衍射孔都不 是无限远，因而对衍射孔都有一个张角。而同一时期德国的夫琅 禾费采用入射光与出射光都是平行光来研究衍射现象，即光源和 光屏距离衍射物体都是无限远。我们把这种远场衍射方式产生的 衍射称为“夫琅禾费衍射”，而把前者称为“菲涅耳衍射”。可以看 夫琅禾费衍射是菲涅耳衍射的一种极限情形，数学上更容易处理。
实验单缝衍射的光强分布和细丝直径测
实验41 单缝衍射的光强分布和细丝直径测量光具有波动性，衍射是光波动性的一种表现。
光的衍射现象是在17世纪由格里马第发现的。
19世纪初，菲涅耳和夫琅和费分别研究了一系列有关光衍射的重要实验，为光的波动理论奠定了基础。
菲涅耳提出了次波相干迭加的观点，用统一的原理（惠更斯一菲涅耳原理）分析解释光的衍射现象；利用单缝衍射原理可以对细丝直径进行非接触的精确测量。
［学习重点］1．通过对夫琅和费单缝衍射的相对光强分布曲线的绘制，加深对光的波动理论和惠更斯——菲涅耳原理的理解。
2．掌握使用硅光电池测量相对光强分布的方法。
3．掌握利用衍射原理对细丝进行非接触测量的方法。
［实验原理］1． 单缝衍射粗略地讲，当波遇到障碍物时，它将偏离直线传播，这种现象叫做波的衍射。
衍射系统由光源、衍射屏和接收屏幕组成。
通常按它们相互间距离的大小，将衍射分为两类：一类是光源和接收屏幕（或两者之一）距离衍射屏有限远，这类衍射叫做菲涅耳衍射；另一类是光源和接收屏幕都距衍射屏无穷远，这类衍射叫做夫琅和费衍射。
本实验研究单缝夫琅和费衍射的情形。
如图41-1（a ），将单色线 光源S 置于透镜L 1的前焦面 上，则由S 发出的光通过L 1 后形成平行光束垂直照射到 单缝AB 上。
根据惠更斯一菲 涅耳原理，单缝上每一点都可 以看成是向各个方向发射球面 子波的新波源，子波在透镜L 2 的后焦面（接收屏）上叠加形 成一组平行于单缝的明暗相间的条纹。
如图41-1（b ）所示。
和单缝平面垂直的衍射光束会聚于屏上的P 0处，是中央亮纹的中心，其光强为I 0；与光 轴SP 0成θ 角的衍射光束会聚于P θ 处，θ 为衍射角，由惠更斯一菲涅耳原理可得其光强分布为（41-1） 其中，b 为单缝的宽度，λ为入射单色光波长。
由41-1式可以得到：1．当θ = 0时，u = 0 ，P θ 处的光强度 I θ =I 0 是衍射图像中光强的最大值，叫主最大。
主最大的强度不仅决定于光源的强度，还和缝宽b 的平方成正比；图41-1（a ）单缝衍射（b ）衍射图样λθπsin ,sin 22b u u u I I ==θ2．当sin θ =k λ /b （ k = ± 1，± 2，± 3 …..）时，u = k π ，则有I θ = 0，即出现暗条纹的位置。
实验二十一单缝衍射的光强分布及缝宽测量
实验二十一单缝衍射的光强分布及缝宽测量实验目的１．观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。
２．会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。
３．学会用衍射法测量微小量。
实验器材激光器，单缝，硅光电池，读数显微镜，光点检流计和米尺。
实验原理１．单缝衍射的光强分布及单缝宽度的测量当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。
如果障碍物的尺寸与波长相近，那么，这样的衍射现象就比较容易观察到。
单缝衍射有两种：一种是菲涅耳衍射，单缝距光源和接收屏均为有限远或者说入射波和衍射波都不都是球面波；另一种是夫琅和费衍射，单缝距光源和接收屏均为无限远或者相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。
在用散射角极小的激光器产生激光束，通过一条很细的狭缝（0.1～0.3毫米宽），在狭缝后大于1.5米的地方放上观察屏，就可看到衍射条纹，它实际上就是夫琅和费衍射条纹，如图２１—1所示。
当在观察屏位置处放上硅光电池和读数显微镜装置，与光点检流计相连的硅光电池可在垂直于衍射条纹的方向移动，那么光点检流计所显示出来的硅光电池的大小就与落在硅光电池上的光强成正比。
如图２１—2所示的实验装置。
单缝当激光照射在单缝上时，根据惠更斯——菲涅耳原理，单缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。
由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹。
由理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布的规律为220sin θθI I =Bx =θDd B λπ= （２１—1） 式中，d 是狭缝宽，λ是波长，D 是单缝位置到光电池位置的距离，x 是从衍射条纹的中心位置到测量点之间的距离，其光强分布如图5—9—3所示。
当θ相同，即x 相同时，光强相同，所以在屏上得到的光强相同的图样是平行于狭缝的条纹。
当0=θ0=x ，0I I =称为中央主极大；当),2,1( ±±==K K πθd D K λθ=时，0I I =是以光轴为对称轴，呈等间隔、左右对称的分布。
光的衍射习题(附答案)1(1)
光的衍射（附答案）一．填空题1.波长λ = 500 nm（1 nm = 10−9 m）的单色光垂直照射到宽度a = 0.25 mm的单缝上，单缝后面放置一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕，用以观测衍射条纹．今测得屏幕上中央明条纹之间的距离为d = 12 mm，则凸透镜的焦距f为1 m．2.在单缝夫琅禾费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小，若钠黄光（λ1 ≈589 nm）中央明纹宽度为4.0 mm，则λ2 ≈ 442 nm（1 nm = 10−9 m）的蓝紫色光的中央明纹宽度为3.0 mm．3.平行单色光垂直入射在缝宽为a = 0.15 mm的单缝上，缝后有焦距为f = 400mm的凸透镜，在其焦平面上放置观察屏幕．现测得屏幕上中央明纹两侧的两个第三级暗纹之间的距离为8 mm，则入射光的波长为500 nm（或5×10−4mm）．4.当一衍射光栅的不透光部分的宽度b与透光缝宽度a满足关系b = 3a 时，衍射光谱中第±4, ±8, …级谱线缺级．5.一毫米内有500条刻痕的平面透射光栅，用平行钠光束与光栅平面法线成30°角入射，在屏幕上最多能看到第5级光谱．6.用波长为λ的单色平行红光垂直照射在光栅常数d = 2 μm（1 μm = 10−6 m）的光栅上，用焦距f = 0.500 m的透镜将光聚在屏上，测得第一级谱线与透镜主焦点的距离l = 0.1667 m，则可知该入射的红光波长λ=632.6或633nm．7.一会聚透镜，直径为3 cm，焦距为20 cm．照射光波长550nm．为了可以分辨，两个远处的点状物体对透镜中心的张角必须不小于2.24×10−5rad．这时在透镜焦平面上两个衍射图样中心间的距离不小于4.47μm．8.钠黄光双线的两个波长分别是589.00 nm和589.59 nm（1 nm = 10−9 m），若平面衍射光栅能够在第二级光谱中分辨这两条谱线，光栅的缝数至少是500．9.用平行的白光垂直入射在平面透射光栅上，波长为λ1 = 440 nm的第3级光谱线将与波长为λ2 =660 nm的第2级光谱线重叠（1 nm = 10−9 m）．10.X射线入射到晶格常数为d的晶体中，可能发生布拉格衍射的最大波长为2d．二．计算题11.在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两种波长λ1和λ2，垂直入射于单缝上．假如λ1的第一级衍射极小与λ2的第二级衍射极小相重合，试问：(1) 这两种波长之间有何关系？(2) 在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其它极小相重合？解：(1) 由单缝衍射暗纹公式得a sinθ1= 1 λ1a sinθ2= 2 λ2由题意可知θ1 = θ2, sinθ1= sinθ2代入上式可得λ1 = 2 λ2(2) a sinθ1=k1λ1=2k1λ2(k1=1, 2, …)sinθ1=2k1λ2/ aa sinθ2=k2λ2(k2=1, 2, …)sinθ2=2k2λ2/ a若k2= 2 k1，则θ1= θ2，即λ1的任一k1级极小都有λ2的2k1级极小与之重合．12.在单缝的夫琅禾费衍射中，缝宽a = 0.100 mm，平行光垂直如射在单缝上，波长λ= 500 nm，会聚透镜的焦距f = 1.00 m．求中央亮纹旁的第一个亮纹的宽度Δx．解：单缝衍射第1个暗纹条件和位置坐标x1为a sinθ1= λx1 = f tanθ1≈f sinθ1≈f λ/ a (∵θ1很小)单缝衍射第2个暗纹条件和位置坐标x2为a sinθ2 = 2 λx2 = f tanθ2≈f sinθ2≈ 2 f λ/ a (∵θ2很小)单缝衍射中央亮纹旁第一个亮纹的宽度Δx1 = x2− x1≈f (2 λ/ a −λ/ a)= f λ/ a=1.00×5.00×10−7/(1.00×10−4) m =5.00mm．13.在单缝夫琅禾费衍射中，垂直入射的光有两种波长，λ1 = 400 nm，λ2 = 760nm（1 nm = 10−9 m）．已知单缝宽度a = 1.0×10−2 cm，透镜焦距f = 50 cm．(1)求两种光第一级衍射明纹中心间的距离．(2)若用光栅常数a= 1.0×10-3cm的光栅替换单缝，其它条件和上一问相同，求两种光第一级主极大之间的距离．解：(1) 由单缝衍射明纹公式可知a sinφ1=12(2 k + 1)λ1 =12λ1（取k = 1）a sinφ2=12(2 k + 1)λ2=32λ2tanφ1= x1/ f，tanφ2= x1/ f由于sinφ1≈ tanφ1，sinφ2≈ tanφ2所以x1= 32f λ1 /ax 2=32f λ2 /a则两个第一级明纹之间距为Δx1= x2− x1=32fΔλ/a = 0.27 cm(2) 由光栅衍射主极大的公式d sinφ1= k λ1= 1λ1d sinφ2= k λ2= 1λ2且有sinφ = tanφ= x / f所以Δx1= x2− x1= fΔλ/a = 1.8 cm14.一双缝缝距d = 0.40 mm，两缝宽度都是a = 0.080 mm，用波长为λ = 480 nm（1 nm = 10−9 m）的平行光垂直照射双缝，在双缝后放一焦距f = 2.0 m的透镜．求：(1) 在透镜焦平面的屏上，双缝干涉条纹的间距l；(2) 在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉数目N和相应的级数．解：双缝干涉条纹(1) 第k级亮纹条件：d sinθ=kλ第k级亮条纹位置：x1= f tanθ1≈f sinθ1≈k f λ/ d相邻两亮纹的间距：Δx= x k +1− x k = (k + 1) fλ/ d −k λ/ d= f λ/ d = 2.4×10−3 m = 2.4 mm (2) 单缝衍射第一暗纹：a sinθ1= λ单缝衍射中央亮纹半宽度：Δx0 = f tanθ1≈ f sinθ1≈ k f λ / d = 12 mmΔx/ Δx = 5∴双缝干涉第±5级主极大缺级．∴在单缝衍射中央亮纹范围内，双缝干涉亮纹数目N = 9分别为k = 0, ±1, ±2, ±3, ±4级亮纹或根据d /a= 5指出双缝干涉缺第±5 级主极大，同样可得出结论。
物理学实验课后题答案
试验一示波器的使用1. 写出操作步骤（1）怎样迅速找出清晰的扫描线？推入电源，几秒钟后，显示屏上会出现扫描线，若无扫描线，为排除外界干扰，将CH1/CH2输入耦合方式选择键拨到GND接地，仔细调节垂直位移、水平位移、灰度旋钮找出扫描线并调制适中位置。
再调节聚焦、灰度旋钮是撒尿先细而清晰。
（2）怎样迅速调出稳定的波形？将CH1/CH2输入耦合方式选择键拨到AC（或DC），由输入端输入被测信号，选择合适的偏转因数，配合调节信号源输出幅度，使显示屏上波形适中。
调节扫描时间粗调和扫描时间细调使波形简单且相对稳定。
（3）怎样测定信号的幅度（AC，DC）？调出波形，调节Level触发电平，待波形稳定后，将波形调到正中。
之后将测量线一个移动到零点，一个移动到波形峰值处。
读出此时示波器的示数即可。
（4）怎样观测李萨如图形？将扫描时间粗调钮逆时针旋到底至于X-Y方式，触发源选择CHI或CH2，显示选择拨档开关选择CH1或CH2。
2. 某同学使用示波器测量电压和频率，结果测量值于真值相差很大（大于50%），试分析可能的原因。
电压差距大的原因：（1）偏转因数微调旋钮没有处于校准状态；（2）偏转因数微调旋钮向外拉出，信号在数值上扩大5倍。
测频率不准的原因：（1）时间扫描微调旋钮没有处于校准位置；（2）×10 MAG键被按下，信号在水平上扩大10倍。
3. 本实验中观测李萨如图形是，为什么图形总在变化？调控触发系统的各键钮能否是图形稳定？能观测到李萨如图形的条件是什么？X、Y两通道信号经过不同的硬件设备造成不同的时间延迟，两通道信号的相位差始终在变化，所以图形始终在变化。
不能。
能观测到李萨如图形的条件：（1）两通道信号都是稳定的正弦或余弦信号；（2）两通道信号的频率比满足简单的整数比；（3）将时间扫描粗条旋钮调制X-Y方式。
实验二单缝衍射光强分布1. 单缝衍射图样中明暗条纹的间距与那些因素有关？单缝缝宽a，衍射屏与接收屏的距离L，入射波长λ。
光的衍射单元测试题及答案
光的衍射单元测试题及答案
问题一：
一束波长为500 nm 的单色光照射到一条宽度为0.2 mm 的狭缝上，狭缝后面的屏幕距离狭缝10 m，屏幕上呈现出光的衍射现象。
1. 屏幕上的主极大位置是在哪里？
2. 如果把狭缝的宽度从0.2 mm 增加到 0.5 mm，屏幕上呈现出
的光的衍射现象会如何变化？
答案：
1. 主极大位置计算公式为X = (n * λ * D) / a，其中 X 表示主极
大位置（即屏幕上距离狭缝的位置），n 表示标志某一极大的整数，λ 表示光波的波长，D 表示狭缝到屏幕的距离，a 表示狭缝的宽度。
根据公式计算，主极大位置 X = (1 * 500 nm * 10 m) / 0.2 mm = 2500 mm = 2.5 m。
2. 当狭缝宽度增加到 0.5 mm，屏幕上呈现出的光的衍射现象
会发生如下变化：
- 主极大宽度会变窄，即在屏幕上的主极大位置左右两侧的亮区会缩小。
- 主极大强度会变弱，即主极大上的亮度会减弱。
- 衍射角会变大，即从屏幕上看，衍射光束的夹角会增大。
请注意，以上答案仅供参考，具体情况可能会因实际条件和实验设计的差异而略有不同。
光的衍射习题(附答案)1(1)
光的衍射（附答案）一．填空题1.波长λ = 500 nm（1 nm = 10−9 m）的单色光垂直照射到宽度a = 0.25 mm的单缝上，单缝后面放置一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕，用以观测衍射条纹．今测得屏幕上中央明条纹之间的距离为d = 12 mm，则凸透镜的焦距f为1 m．2.在单缝夫琅禾费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小，若钠黄光（λ1 ≈589 nm）中央明纹宽度为4.0 mm，则λ2 ≈ 442 nm（1 nm = 10−9 m）的蓝紫色光的中央明纹宽度为3.0 mm．3.平行单色光垂直入射在缝宽为a = 0.15 mm的单缝上，缝后有焦距为f = 400mm的凸透镜，在其焦平面上放置观察屏幕．现测得屏幕上中央明纹两侧的两个第三级暗纹之间的距离为8 mm，则入射光的波长为500 nm（或5×10−4mm）．4.当一衍射光栅的不透光部分的宽度b与透光缝宽度a满足关系b = 3a 时，衍射光谱中第±4, ±8, …级谱线缺级．5.一毫米内有500条刻痕的平面透射光栅，用平行钠光束与光栅平面法线成30°角入射，在屏幕上最多能看到第5级光谱．6.用波长为λ的单色平行红光垂直照射在光栅常数d = 2 μm（1 μm = 10−6 m）的光栅上，用焦距f = 0.500 m的透镜将光聚在屏上，测得第一级谱线与透镜主焦点的距离l = 0.1667 m，则可知该入射的红光波长λ=632.6或633nm．7.一会聚透镜，直径为3 cm，焦距为20 cm．照射光波长550nm．为了可以分辨，两个远处的点状物体对透镜中心的张角必须不小于2.24×10−5rad．这时在透镜焦平面上两个衍射图样中心间的距离不小于4.47μm．8.钠黄光双线的两个波长分别是589.00 nm和589.59 nm（1 nm = 10−9 m），若平面衍射光栅能够在第二级光谱中分辨这两条谱线，光栅的缝数至少是500．9.用平行的白光垂直入射在平面透射光栅上，波长为λ1 = 440 nm的第3级光谱线将与波长为λ2 =660 nm的第2级光谱线重叠（1 nm = 10−9 m）．10.X射线入射到晶格常数为d的晶体中，可能发生布拉格衍射的最大波长为2d．二．计算题11.在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两种波长λ1和λ2，垂直入射于单缝上．假如λ1的第一级衍射极小与λ2的第二级衍射极小相重合，试问：(1) 这两种波长之间有何关系？(2) 在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其它极小相重合？解：(1) 由单缝衍射暗纹公式得a sinθ1= 1 λ1 a sinθ2= 2 λ2由题意可知θ1= θ2, sinθ1= sinθ2代入上式可得λ1 = 2 λ2(2) a sinθ1=k1λ1=2k1λ2(k1=1, 2, …)sinθ1=2k1λ2/ aa sinθ2=k2λ2(k2=1, 2, …)sinθ2=2k2λ2/ a若k2= 2 k1，则θ1= θ2，即λ1的任一k1级极小都有λ2的2k1级极小与之重合．12.在单缝的夫琅禾费衍射中，缝宽a = 0.100 mm，平行光垂直如射在单缝上，波长λ= 500 nm，会聚透镜的焦距f = 1.00 m．求中央亮纹旁的第一个亮纹的宽度Δx．解：单缝衍射第1个暗纹条件和位置坐标x1为a sinθ1= λx1 = f tanθ1≈f sinθ1≈f λ/ a (∵θ1很小)单缝衍射第2个暗纹条件和位置坐标x2为a sinθ2 = 2 λx2 = f tanθ2≈f sinθ2≈ 2 f λ/ a (∵θ2很小)单缝衍射中央亮纹旁第一个亮纹的宽度Δx1 = x2− x1≈f (2 λ/ a −λ/ a)= f λ/ a=1.00×5.00×10−7/(1.00×10−4) m =5.00mm．13.在单缝夫琅禾费衍射中，垂直入射的光有两种波长，λ1 = 400 nm，λ2 = 760nm（1 nm = 10−9 m）．已知单缝宽度a = 1.0×10−2 cm，透镜焦距f = 50 cm．(1)求两种光第一级衍射明纹中心间的距离．(2)若用光栅常数a= 1.0×10-3cm的光栅替换单缝，其它条件和上一问相同，求两种光第一级主极大之间的距离．解：(1) 由单缝衍射明纹公式可知a sinφ1= 12(2 k + 1)λ1 =12λ1（取k = 1）a sinφ2= 12(2 k + 1)λ2=32λ2tanφ1= x1/ f，tanφ2= x1/ f由于sinφ1≈ tanφ1，sinφ2≈ tanφ2所以x1= 32f λ1 /ax2= 32f λ2 /a则两个第一级明纹之间距为Δx1= x2− x1= 32fΔλ/a = 0.27 cm(2) 由光栅衍射主极大的公式d sinφ1= k λ1 = 1λ1d sinφ2= k λ2 = 1λ2且有sinφ = tanφ = x / f所以Δx1= x2− x1 = fΔλ/a = 1.8 cm14.一双缝缝距d = 0.40 mm，两缝宽度都是a = 0.080 mm，用波长为λ = 480 nm（1 nm = 10−9 m）的平行光垂直照射双缝，在双缝后放一焦距f = 2.0 m的透镜．求：(1) 在透镜焦平面的屏上，双缝干涉条纹的间距l；(2) 在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉数目N和相应的级数．解：双缝干涉条纹(1) 第k级亮纹条件：d sinθ=kλ第k级亮条纹位置：x1= f tanθ1≈f sinθ1≈k f λ/ d相邻两亮纹的间距：Δx= x k +1− x k = (k + 1) fλ/ d −k λ/ d= f λ/ d = 2.4×10−3 m = 2.4 mm(2) 单缝衍射第一暗纹：a sinθ1= λ单缝衍射中央亮纹半宽度：Δx= f tanθ1≈ f sinθ1≈ k f λ / d = 12 mmΔx/ Δx = 5∴双缝干涉第±5级主极大缺级．∴在单缝衍射中央亮纹范围内，双缝干涉亮纹数目N = 9分别为k = 0, ±1, ±2, ±3, ±4级亮纹或根据d /a= 5指出双缝干涉缺第±5 级主极大，同样可得出结论。
实验11单缝衍射
实验11 单缝衍射练习一 单缝衍射的光强分布和缝宽的测定【实验目的】1．观察单缝的夫琅和费衍射现象及其随单缝宽度变化的规律，加深对光的衍射理论的理解2．学习光强分布的光电测量方法。
3．利用衍射花样测定单缝的宽度。
【仪器及用具】光具座，He —Ne 激光器，可调单狭缝，光电池，光点检流计，移测显微镜。
【实验原理】图11—1夫琅和费衍射是平行光的衍射，即要求光源及接收屏到衍射屏的距离都是无限远（或相当于无限远）。
在实验中，它可借助两个透镜来实现。
如图11—1所示，位于透镜1L 的前焦面上的单色狭缝光源S ，经1L 后变成平行光，垂直照射在狭缝D 上，通过D 衍射后在透镜2L 的后焦面上，呈现出单缝的衍射花样，它是一组平行于狭缝的明暗相间的条纹。
与光轴平行的衍射光束会聚于屏上0P 处，是中央亮纹的中心，其光强设为0I ，与光轴成θ角的衍射光束则会聚于θP 处，可以证明，θP 处的光强为θI ，即220sin u u I I =θ，λθπsin a u = （11—1）式中a 为狭缝宽度，λ为单色光的波长。
由式（11—1）得到：1．当0=u （即0=θ）时，0I I =θ，衍射光强有最大值。
此光强对应于屏上0P 点，称为主极大。
0I 的大小决定于光源的亮度，并和缝宽a 的平方成正比。
2．当πk u =（ ,3,2,1±±±=k ），即λθk a =sin 时，0=θI ，衍射光强有极小值，对应于屏上暗纹。
由于θ值实际上上小，因此可近似地认为暗条纹所对应的衍射角为a k λθ=。
显然，主极大两侧暗纹之间的角宽度a λθ2=∆，而其他相邻暗纹之间的角宽度a λθ=∆，即中央亮纹的宽度为其他亮纹宽度的两倍。
图11—23．除中央主极大外，两相邻暗纹之间都有一个次极大。
由（11—1）式，可以求得这些次极大的位置出现在a λθ43.1sin ±=，a λ46.2±，a λ47.3±，a λ48.4±，…处；其相对应光强依次为047.00=I I θ，017.0，008.0，005.0，…。